專利名稱：陶瓷加熱器以及使用其的加熱用烙鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷加熱器以及使用其的加熱用烙鐵，特別是涉及一種用于如下器件的陶瓷加熱器以及使用其的加熱用烙鐵即汽車用的空燃比檢測傳感器加熱用加熱器、汽化器用加熱器、火花塞、汽化器、石油爐點(diǎn)火/汽化器、密封機(jī)、各種工業(yè)機(jī)器、焊錫烙鐵用加熱器、卷發(fā)器用加熱器等。
背景技術(shù)：
以往，作為空燃比傳感器加熱用加熱器等汽車用加熱器，大多使用如圖4(a)所示的圓柱狀的陶瓷加熱器。該陶瓷加熱器，通過以下方式構(gòu)成，例如在以氧化鋁為主要成分的陶瓷體21中，埋設(shè)由W、Re、Mo等高熔點(diǎn)金屬形成的發(fā)熱電阻體22，在該發(fā)熱電阻體22的端部形成的引出圖案23上，通過電極焊盤26連接引線構(gòu)件27(參照例如專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。
上述圓柱狀的陶瓷加熱器，例如可以如下而制造，即如圖4(b)所示，準(zhǔn)備陶瓷芯材31以及陶瓷基板(ceramic green sheet)30a、30b，并在陶瓷基板30a一方的主面上，印刷W、Re、Mo等高熔點(diǎn)金屬的糊，從而形成發(fā)熱體電阻體22和引出圖案23。接著，將層疊該陶瓷基板30a和陶瓷基板30b所得的陶瓷基板30，卷附在陶瓷芯材31的周圍，并將整體燒制一體化后，安裝引線構(gòu)件27。在陶瓷基板30b上，如圖4(b)所示，在與連接在發(fā)熱電阻體22的引出圖案23的末端附近相對應(yīng)的位置，形成有通孔24。在該通孔24的內(nèi)側(cè)面形成有通孔導(dǎo)體層25。由此，燒結(jié)后的陶瓷體21中的引出圖案23，經(jīng)由通孔導(dǎo)體層25，而與電極焊盤26電連接(參照圖4(c))。
另外，在電極焊盤26以及通孔導(dǎo)體層25中，形成有由Ni、Cr等耐熱金屬材料形成的鍍層28。此外，在通孔24中填充有釬料29。該釬料29，被填充于由含有Fe-Ni合金和Ni、Cr等耐熱金屬材料構(gòu)成的引線構(gòu)件27與電極焊盤26之間，并將引線構(gòu)件27釬焊于電極焊盤26上而接合。于是，通過從該引線構(gòu)件27通電而使得發(fā)熱電阻體22發(fā)熱。另外，在釬料29的表面，還形成有鍍層(未圖示)。
〔專利文獻(xiàn)1〕特開2001-126852號公報〔專利文獻(xiàn)2〕特開平11-354255號公報然而，在歷來所使用的如上述的陶瓷加熱器中，因?yàn)閷Π惭b有引線構(gòu)件的電極焊盤26，反復(fù)施加熱過程，所以電極焊盤26和引線構(gòu)件27的接合部劣化，引線構(gòu)件脫落，在耐久性方面存在問題。
另外，在近年中，與汽車的排氣氣體相關(guān)的限制變得嚴(yán)格，需要提高用于空燃比控制用的氧傳感器的啟動速度。為此，需要改善陶瓷加熱器的啟動特性，且陶瓷加熱器的使用溫度變高，上述問題變得顯著。
特別是，在用于汽車的陶瓷加熱器中，由于要求高信賴性，所以即使1000中有一個發(fā)生上述那樣的問題，也不為優(yōu)選。
另外，在最近的焊錫的無鉛化的進(jìn)展中，加熱器的高溫化進(jìn)展，并且與此相伴，安裝有引線構(gòu)件的電極焊盤部上所產(chǎn)生的溫差也有變大的傾向。另外，卷發(fā)器等向小型化發(fā)展，存在發(fā)熱部分和電極焊盤的距離變短的傾向，并在電極焊盤形成溫差大的熱過程。
本發(fā)明針對上述的問題點(diǎn)而提出，本發(fā)明的目的為，提供一種陶瓷加熱器以及使用其的加熱用烙鐵，其提高了陶瓷加熱器中的引線構(gòu)件的接合部對冷熱循環(huán)的耐久性，并能夠長期使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述課題而專心研究的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)如下事實(shí)，而完成本發(fā)明，即，在通孔導(dǎo)體層和引出圖案之間等的被束住部分填充金屬材料，并通過將該金屬材料接合于引線構(gòu)件，而能夠顯著地提高引線構(gòu)件的接合強(qiáng)度。
也就是說，本發(fā)明的陶瓷加熱器，具有發(fā)熱電阻體；引出圖案，其連接于該發(fā)熱電阻體；陶瓷體，其埋設(shè)有所述發(fā)熱電阻體和引出圖案，并形成到達(dá)該引出圖案的通孔；通孔導(dǎo)體層，其在所述通孔導(dǎo)體層的至少內(nèi)側(cè)面形成；電極焊盤圖案，其與該通孔導(dǎo)體層電連接，并形成于所述陶瓷體的表面；引線構(gòu)件，其與該電極焊盤圖案電連接，其特征在于，所述通孔導(dǎo)體層，在所述通孔的內(nèi)側(cè)面?zhèn)染哂斜皇〉暮穸缺〉膮^(qū)域，在該厚度較薄的區(qū)域中填充有金屬材料，該金屬材料被接合于在所述的引線構(gòu)件上。
本發(fā)明的所述厚度較薄的區(qū)域，優(yōu)選為比所述通孔導(dǎo)體層的最大厚度部分更靠近所述引出圖案側(cè)的位置，并且位于所述最大厚度部分的近旁。
本發(fā)明的陶瓷加熱器，具有發(fā)熱電阻體；引出圖案，其連接于該發(fā)熱電阻體；陶瓷體，其埋設(shè)所述發(fā)熱電阻體和引出圖案，并形成到達(dá)該引出圖案的通孔；通孔導(dǎo)體層，其在所述通孔導(dǎo)體層的至少內(nèi)側(cè)面形成；電極焊盤圖案，其與該通孔導(dǎo)體層電連接，并形成于所述陶瓷體的表面；引線構(gòu)件，其與該電極焊盤圖案電連接，其特征在于，在所述通孔導(dǎo)體層和所述引出圖案之間填充有金屬材料，該金屬材料被接合于所述引線構(gòu)件。
本發(fā)明的所述金屬材料被填充于所述通孔內(nèi)部，并與所述引線構(gòu)件接合。
另外，本發(fā)明的所述金屬材料優(yōu)選為釬料。
另外，更優(yōu)選為在本發(fā)明中在所述通孔導(dǎo)體層的表面，以及形成所述通孔的部分的所述引出電極圖案的表面，形成有金屬鍍層，在所述通孔導(dǎo)體層的表面的所述金屬鍍層，與所述引出圖案的表面的所述金屬鍍層之間，填充有所述金屬材料。
在本發(fā)明中，所述引出圖案，形成有所述通孔的部分在該通孔側(cè)可以以凸?fàn)盥∑稹?br> 另外，在本發(fā)明中，可以將所述電極焊盤圖案和通孔導(dǎo)體層的表面粗糙度(Ra)設(shè)為1μm以上，并在所述電極焊盤圖案上使用釬料而固定所述引線構(gòu)件。
本發(fā)明的所述通孔導(dǎo)體層的厚度最好是通孔直徑的5％～25％。
另外，本發(fā)明的所述通孔導(dǎo)體層的厚度，優(yōu)選為所述引出圖案側(cè)一方比所述通孔開口側(cè)厚。
此外，本發(fā)明的所述通孔導(dǎo)體層，最好是從所述通孔的開口側(cè)向著所述引出圖案側(cè)厚度逐漸增加。
此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選為，以存在于所述通孔導(dǎo)體層的表面的Si為主要成分的玻璃顆粒的最大直徑是100μm以下。
本發(fā)明的加熱用烙鐵的特征在于，使用以上所記載的陶瓷加熱器作為加熱機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的陶瓷加熱器，導(dǎo)體層在通孔的內(nèi)側(cè)面?zhèn)染哂斜皇〉暮穸缺〉膮^(qū)域，在該厚度較薄的區(qū)域中填充有金屬材料，該金屬材料被接合在所述的引線構(gòu)件上，因此在被束住厚度薄的區(qū)域所填充金屬材料，發(fā)揮錨定效果、楔的效果，且引線構(gòu)件和陶瓷體的接合強(qiáng)度飛躍性地提高，即使在冷熱循環(huán)后引線構(gòu)件的接合強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)也高，耐久性也優(yōu)異。
特別是，厚度較薄的區(qū)域比通孔導(dǎo)體層的最大厚度部分更靠近引出圖案側(cè)的位置，并且位于最大厚度部分的近旁，因此提高了填充于被束住的厚度薄區(qū)域的金屬材料的錨定效果。
根據(jù)本發(fā)明的陶瓷加熱器，由于在通孔導(dǎo)體層和引出圖案之間填充有金屬材料，且該金屬材料被接合于所述引線構(gòu)件，因此通過錨定效果，引線構(gòu)件和陶瓷體之間的接合強(qiáng)度飛躍性地提高，即使是冷熱循環(huán)，引線構(gòu)件的接合強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)也較高，耐久性也優(yōu)異。
在通孔導(dǎo)體層的表面，以及形成有所述通孔的部分的所述引出電極圖案的表面，形成有金屬鍍層，在形成有所述金屬鍍層的通孔導(dǎo)體層與引出圖案之間，填充有所述金屬材料時，能夠致密地填充耐高溫的金屬材料，因此，耐久性變得更加良好。
此外，形成有通孔的部分的所述引出圖案，在通孔側(cè)以凸?fàn)盥∑饡r，由金屬材料的熱膨脹引起的對通孔導(dǎo)體層的應(yīng)力集中被緩和，并抑制了開裂的產(chǎn)生，引線構(gòu)件的接合耐久性進(jìn)一步提高。
另外，在將電極焊盤圖案和通孔內(nèi)導(dǎo)體層的表面粗糙度(Ra)設(shè)為1μm以上，并在電極焊盤圖案上使用釬料而固定引線構(gòu)件時，釬料和通孔導(dǎo)體層的接觸面積，釬料和電極焊盤的接觸面積增加，因此它們的接合強(qiáng)度增加，耐久性進(jìn)一步提高。
此外，本發(fā)明的加熱用烙鐵，使用上述陶瓷加熱器作為加熱機(jī)構(gòu)，因此即使在進(jìn)行反復(fù)急速加熱的情況下，也發(fā)揮出優(yōu)異的耐久性。


圖1是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式；(a)是立體圖；(b)是電極焊盤圖案周邊部分剖面圖。
圖2(a)是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的通孔部分的剖面圖；(b)是表示該圖(a)的俯視圖的俯視圖。
圖3是說明本發(fā)明的陶瓷加熱器的制造方法的立體圖。
圖4(a)是表示現(xiàn)有的陶瓷加熱器的立體圖，(b)是同圖(a)的陶瓷加熱器的分解立體圖。(c)是電極焊盤圖案周邊的部分剖面圖。
圖中1、21-陶瓷體，2、22-發(fā)熱電阻體，3、23-引出圖案，4、24-通孔，5、25-通孔導(dǎo)體層，6、26-電極焊盤圖案，7、27-引線構(gòu)件，8、28-鍍層，9、29-金屬材料，10、10a、10b、30、30a、30b…陶瓷基板，11、31-陶瓷芯材，12-凸形狀。
實(shí)施方式以下，基于

本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式。
圖1是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式的圖，(a)是立體圖，(b)是表示該圖(a)的電極焊盤圖案周邊的部分剖面圖。
本實(shí)施方式的陶瓷加熱器，具有發(fā)熱電阻體2；引出圖案3，其被連接于該發(fā)熱電阻體2；陶瓷體1，其埋設(shè)有發(fā)熱電阻體2和引出圖案3，并形成有達(dá)到該引出圖案3的通孔4；通孔導(dǎo)體層5，其形成于通孔4的內(nèi)側(cè)面；電極焊盤圖案6，其與該通孔導(dǎo)體層5電連接，并形成于陶瓷體1的表面；以及引線構(gòu)件7，其與該電極焊盤圖案6電連接。
在通孔導(dǎo)體層5的表面以及形成有通孔4的部分的引出電極圖案3的表面，形成有金屬鍍層8。另外，在通孔4內(nèi)，填充有金屬材料9。并且該金屬材料9也填充于電極焊盤圖案6和引線構(gòu)件7之間。由此形成為如下結(jié)構(gòu)，引線構(gòu)件7與電極焊盤圖案6接合，并且與電極焊盤圖案6電連接，經(jīng)由通孔導(dǎo)體層5而與引出圖案3和發(fā)熱電阻體2電連接。
圖2(a)是將圖1(b)的通孔4周邊放大的剖面圖。如圖2(a)所示，實(shí)施例的陶瓷加熱器的特征在于，在通孔導(dǎo)體層5和引出圖案3之間填充有金屬材料9。也就是說，通孔導(dǎo)體層5，具有在通孔4的內(nèi)側(cè)面被束住的厚度的薄的區(qū)域(通孔導(dǎo)體層5和引出圖案3之間)，在該厚度較薄的區(qū)域填充有金屬材料9。如圖2(a)所示，該厚度較薄的區(qū)域，比通孔導(dǎo)體層5的最大厚度部分更靠近引出圖案3側(cè)的位置，且位于最大厚度的近旁。該金屬材料9，被填充在通孔4內(nèi)，并與引線構(gòu)件7接合(參照圖1(b))。也就是說，通過填充于通孔導(dǎo)體層5和引出圖案3之間的金屬材料9而能夠得到錨定(anchor)效果，因此提高了金屬材料9和通孔導(dǎo)體層5以及電極焊盤圖案6的接合強(qiáng)度。由此，隨著引線構(gòu)件7和電極焊盤圖案6的接合強(qiáng)度提高，即使在接收冷熱循環(huán)的熱過程的情況下，也能夠維持引線構(gòu)件7的接合強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)，并能夠的到耐久性高的陶瓷加熱器。
作為金屬材料9，優(yōu)選使用Ag-Cu、Ag、Au-Cu等釬料。由此能夠得到，高溫的接合強(qiáng)度提高、對冷熱循環(huán)的耐久性更高的陶瓷加熱器。通常，釬料，其熔點(diǎn)為600℃以上，與焊錫比較高溫耐久性優(yōu)異，在冷熱循環(huán)中耐氧化性也優(yōu)異，因此優(yōu)選作為金屬材料9。
另外，更優(yōu)選為，隔著金屬鍍層8，而在通孔導(dǎo)體層5和引出圖案3之間填充金屬材料9。在本實(shí)施方式中，圖2所示，在通孔導(dǎo)體層5的表面以及形成有通孔4的部分的引出電極圖案3的表面形成有金屬鍍層8。也就是說，形成為如下結(jié)構(gòu)，在通孔導(dǎo)體層5的表面的金屬鍍層8與引出電極圖案3的表面的金屬鍍層8之間，填充有金屬材料9。由此，能夠得到引線構(gòu)件7的接合強(qiáng)度進(jìn)一步提高，且耐久性更高的陶瓷加熱器。通過形成金屬鍍層8，釬料等的金屬材料9的潤濕性提高，金屬材料的填充程度也提高，因此接合強(qiáng)度顯著提高，耐久性顯著提高。作為構(gòu)成金屬鍍層8的材料，可列舉出例如Ni、Au、Cr等。
另外，如圖2(a)所示，更優(yōu)選為，引出圖案3，形成有通孔4的部分，具有向著該通孔4的開口部側(cè)而以凸?fàn)畹芈∑鸬牟糠?2。通過具有該凸?fàn)畈糠?2，能夠分散由冷熱循環(huán)所致的金屬材料9的熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力，并能夠抑制在通孔導(dǎo)體層5和金屬材料9之間，以及金屬鍍層8和金屬材料9之間發(fā)生開裂，能夠得到耐久性更高的陶瓷加熱器。此外，在凸?fàn)畈糠?2是平緩的彎曲狀時，與銳角的凸形狀的情況相比較，能夠更有效果地抑制由冷熱循環(huán)所致的金屬材料9的熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力的集中。
通孔導(dǎo)體層5和電極焊盤圖案6的表面粗糙度(Ra)，可以為1μm以上，優(yōu)選形成為5～10μm。通過如此在通孔導(dǎo)體層5和電極焊盤圖案8表面附加凹凸，能夠增加接觸面積，并能夠進(jìn)一步提高與金屬材料9的接合強(qiáng)度。另一方面，在表面粗糙度(Ra)低于1μm時，有可能不能夠得到充分的接合強(qiáng)度。該表面粗糙度，可以通過非接觸式的三維表面粗糙度測量裝置而測定。
另外，形成于通孔4的內(nèi)側(cè)面的通孔導(dǎo)體層5的厚度，也可以在通孔4的直徑的5～25％的范圍內(nèi)。若通孔導(dǎo)體層5的厚度低于通孔4的直徑的5％，則不能夠充分地確保通孔導(dǎo)體層5相對于通孔4的結(jié)合強(qiáng)度，在冷熱循環(huán)中，由于伴隨著金屬材料9的膨脹的應(yīng)力，有可能在與金屬材料9之間產(chǎn)生開裂(層間剝離)。另外，若超過通孔4的直徑的25％，則在通孔導(dǎo)體層5的表面產(chǎn)生初始開裂，并且由于其影響，有可能使耐久性劣化。
另外，通孔導(dǎo)體層5的厚度，如圖2(a)所示，優(yōu)選為與通孔4的開口側(cè)相比引出圖案3側(cè)一方形成得厚。如此開口側(cè)的厚度薄，而引出圖案3側(cè)的厚度厚，由此，能夠緩和由金屬材料9的熱膨脹引起的對通孔4內(nèi)的應(yīng)力集中。另外，通過加厚引出圖案3側(cè)的厚度，能夠增大在通孔導(dǎo)體層5和引出圖案3之間填充金屬材料的空間，因此能夠進(jìn)一步提高引線構(gòu)件7的接合強(qiáng)度。此外，通孔導(dǎo)體層5的厚度，更優(yōu)選為從通孔4的開口側(cè)向著引出圖案3側(cè)漸次增加。由此，能夠進(jìn)一步提高上述的應(yīng)力集中的緩和效果。
此外，以存在于通孔導(dǎo)體層5的表面的Si為主要成分的玻璃顆粒的最大直徑可以在100μm以下。在實(shí)施方式的陶瓷加熱器中，在燒制時，在設(shè)于通孔4的內(nèi)側(cè)面的通孔導(dǎo)體層5和電極焊盤圖案6的表面，從陶瓷體1以陶瓷體內(nèi)的Si為主要成分的玻璃成分(顆粒)析出。當(dāng)該玻璃顆粒的最大粒徑超過100μm時，防礙金屬材料9、金屬鍍層8與通孔導(dǎo)體層5、電極焊盤圖案6的表面的接觸，因此，有可能由于由冷熱循環(huán)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，成為金屬材料9、金屬鍍層8以及通孔5之間產(chǎn)生的開裂的起點(diǎn)。因此，優(yōu)選通過噴丸(blast)處理、超聲波清洗等處理，將最大粒徑控制100μm以下。
陶瓷體1，由氧化鋁質(zhì)陶瓷、氮化硅質(zhì)陶瓷、氮化氧化鋁質(zhì)陶瓷、碳化硅質(zhì)陶瓷等各種陶瓷構(gòu)成，特別是，由氧化鋁質(zhì)陶瓷構(gòu)成，從耐氧化性方面較為優(yōu)選。作為該氧化鋁質(zhì)陶瓷，可以舉出由如下成分構(gòu)成的組成例如88～95重量％的Al2O3、2～7重量％的SiO2、0.5～3重量％的CaO、0.5～3重量％的MgO、以及1～3重量％的ZrO2。若Al2O3的含量低于88重量％，有可能因玻璃質(zhì)的比例的變多而在通電時的遷移(migration)變大。另一方面，若Al2O3的含量超過95重量％，則有可能擴(kuò)散到埋設(shè)于陶瓷體1中的發(fā)熱電阻體2的金屬材料中的玻璃量減少，而不能充分得到陶瓷加熱器的耐久性。
另外，陶瓷體1可以例示為例如外徑為2～20mm左右、長度為40～60mm左右的圓柱狀。特別是，作為汽車空燃比傳感器加熱用的陶瓷加熱器，從引線構(gòu)件接合部分的溫度不會異常地成為高溫的點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選將外徑設(shè)為2～4mm、將長度設(shè)為40～65mm。
作為埋設(shè)于陶瓷體1的發(fā)熱電阻體2，可以舉出以W、Mo、Re等高熔點(diǎn)金屬為主要成分的器件。該發(fā)熱電阻體2，基于陶瓷加熱器的用途，而變更折返圖案的距離，或變更圖案的線寬等，并可以任意地設(shè)定發(fā)熱位置、電阻值。
接下來，參照圖3說明本發(fā)明的陶瓷加熱器的制造方法。
首先，準(zhǔn)備以氧化鋁為主要成分，作為助燒結(jié)劑，含有合計量4～12重量％的SiO2、CaO、MgO、ZrO2的陶瓷黏漿成形為片狀的陶瓷板10a、10b。
接下來，使用調(diào)配、混煉W、Mo、Re等高熔點(diǎn)金屬和陶瓷原料、粘合劑(binder)、有機(jī)溶劑等而制作成的糊，采用印刷或轉(zhuǎn)印等方法，在陶瓷板10a的一方的主面上，形成發(fā)熱電阻體2和引出圖案3。該發(fā)熱電阻體2，根據(jù)陶瓷加熱器的用途，或變更折回圖案的距離，或變更圖案的線寬等，可以任意地設(shè)定發(fā)熱位置、電阻值。
接下來，在陶瓷板10b上形成通孔4，在該通孔4，將以W、Mo、Re的至少其中一種為主要成分的導(dǎo)電材料(通孔導(dǎo)體層5的材料)涂布在通孔4的內(nèi)側(cè)面。該導(dǎo)電材料，根據(jù)通孔4的內(nèi)徑、高度等而預(yù)先調(diào)整粘度。通過該粘度調(diào)整，在通孔4中，導(dǎo)電材料較多地向下方側(cè)流動，其一部分從通孔的下端周緣向外部溢出。并于該狀態(tài)，使通孔4的內(nèi)側(cè)面的導(dǎo)電材料和溢出到通孔4的外部的導(dǎo)電材料成為適當(dāng)?shù)恼扯榷M(jìn)行干燥。由此，能夠使通孔導(dǎo)體層5的厚度，成為與通孔4的開口側(cè)相比，引出圖案3側(cè)一方形成得厚。通孔導(dǎo)體層5的厚度，可通過導(dǎo)電材料的粘度、干燥條件等而進(jìn)行控制。
接下來，采用印刷或轉(zhuǎn)印的方法，在陶瓷板10b的一方的主面上形成電極焊盤圖案6。
接下來，在除去發(fā)熱電阻體2與通孔4重合的部分的引出圖案3之上，形成由與陶瓷板10a、10b大致相同的組成構(gòu)成的涂層后，層疊陶瓷板10b和陶瓷板10a，以規(guī)定的壓力加壓。此時，通過控制加壓條件，露出到通孔4的外部的導(dǎo)電材料被壓入到通孔內(nèi)而變形，由此，在通孔導(dǎo)電層5和引出圖案3之間形成有間隙。另外，此時，通過控制加壓條件，由從通孔4逸出的壓力，能夠成形通孔4內(nèi)的凸?fàn)畈糠?2。作為形成凸?fàn)畈糠?2的其他方法，還有如下方法，即，在引出圖案3的制作時，在將通孔4的位置的圖案厚度局部的加厚的厚狀態(tài)下，加壓、加熱緊密結(jié)合。
還有，由于導(dǎo)電材料的一部分露出到通孔4的外部，由此能夠確實(shí)地生成通孔導(dǎo)體層5與引出圖案3重合的部分，因此能夠提高這些圖案彼此的接合狀態(tài)。
使用粘結(jié)液將如此形成的陶瓷板10卷繞于陶瓷芯材11的周圍而結(jié)合，而得到筒狀的成形體。接著，在大約1500℃～1650℃的還原氣氛氣中燒制所得的成形體而能夠得到陶瓷體1。
其后，在電極焊盤圖案6的表面、以及通孔4內(nèi)的通孔導(dǎo)體層5、凸?fàn)畈糠?2、引出圖案3的表面，通過電解鍍法或非電解鍍法形成由Ni、Cr等金屬構(gòu)成的金屬鍍層8。鍍層厚度優(yōu)選為1～5μm左右。若金屬鍍層8的厚度變厚，則有可能在金屬鍍層8內(nèi)產(chǎn)生隔離。作為鍍覆以外的方法，可以使用濺射、噴鍍、涂布干燥含有亞微級的貴金屬顆粒的溶劑等的方法，以作為鍍層8的代用。
接下來，以Au-Cu、Ag、Ag-Cu等為主要成分的釬料，作為金屬材料9而使用，并在包含水蒸氣的還原性氣氛中接合電極焊盤圖案6和引線構(gòu)件7。還有，通過管理鍍覆面的清洗、加熱溫度、氣氛，而能夠提高相對于通孔導(dǎo)體層5、凸?fàn)畈糠?2、引出圖案3等的釬料的潤濕性。由此，能夠在通孔導(dǎo)體層5和引出圖案3之間，以及通孔4內(nèi)填充釬料。
另外，雖然沒有圖示，但是若在電極焊盤圖案6以及金屬材料9的表面，進(jìn)一步形成1～10μm的Au、Cr、Ni等的鍍層，則能夠抑制金屬材料9的氧化劣化。
還有，本發(fā)明的陶瓷加熱器不限于上述的實(shí)施方式，也可以在通孔導(dǎo)體層和引出圖案之間填充金屬材料，并能夠適用于圓柱狀、板狀等各種形狀的陶瓷加熱器。
另外，若將所述的陶瓷加熱器固定于金屬制的烙鐵的前端，并連接溫度控制裝置等電路回路，則能夠制作加熱用烙鐵。本發(fā)明的加熱用烙鐵可以用于焊錫作業(yè)用烙鐵、卷發(fā)器用烙鐵等。
還有，在上述實(shí)施方式中，在通孔導(dǎo)體層中，雖然例舉出了在通孔的內(nèi)側(cè)面?zhèn)缺皇〉暮穸鹊谋〉膮^(qū)域存在于通孔導(dǎo)體層和引出圖案之間的情況，并進(jìn)行了說明，但是在本發(fā)明中，厚度薄的區(qū)域不限于上述實(shí)施方式所示的位置，也可以位于通孔導(dǎo)體層的任何位置。由此，填充于被束住的厚度的薄的區(qū)域的金屬材料發(fā)揮錨定效果而使導(dǎo)出部件和陶瓷體的接合強(qiáng)度飛躍地提高，即使在冷熱循環(huán)后，引線構(gòu)件的接合強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)變高，耐久性變得優(yōu)異。
(實(shí)施例)使用下述的形狀材料等，制作陶瓷加熱器。
加熱器的尺寸φ3mm×長度55mm電阻發(fā)熱體的長度5mm電極焊盤圖案5mm×4mm通孔直徑500μm電阻值12～13Ω金屬鍍層厚度2～4μm的Ni鍍層金屬材料Ag-Cu釬料，或者Ag-Sn焊錫引線構(gòu)件φ0.8mm×長度20mm以下，表示該陶瓷加熱器的制作步驟。
首先準(zhǔn)備以Al2O3為主要材料，將SiO2、CaO、MgO、ZrO2調(diào)整在合計10重量％以內(nèi)的陶瓷基板，在其表面，使用以W-Re為主要成分的糊，采用絲網(wǎng)印刷法印制發(fā)熱電阻體2。使用以鎢為主要成分的糊，采用絲網(wǎng)印刷法，印制引出圖案3。
另外，在其他的陶瓷基板上設(shè)置通孔4，并使用以W為主要成分的糊，形成通孔導(dǎo)體層5。此時，調(diào)整形成通孔導(dǎo)體層5的糊的粘度和干燥條件，制作其通孔導(dǎo)體層5的厚度相對于通孔直徑為3～27％的樣品。另外，以同樣的方法，制作下部厚度較厚的通孔導(dǎo)體層5的樣品。此后，在通孔4上，使用以W為主要成分的糊，采用絲網(wǎng)印刷法印制電極焊盤圖案6。
接下來，首先在印制有發(fā)熱電阻體2的薄板上，在發(fā)熱電阻體2的表面，形成與陶瓷基板大致同一成分構(gòu)成的涂層，并充分干燥后，進(jìn)一步涂布使與上述陶瓷基板大致同一成分的陶瓷分散的粘結(jié)液，與設(shè)置有通孔4、電極焊盤圖案6的陶瓷基板加壓、加熱而結(jié)合。這里，以現(xiàn)有的加壓條件的約1.5倍的壓力(約3kgf/cm2的載荷)加壓，形成通孔4內(nèi)的凸形狀12。
于是，在該結(jié)合后的薄板的背面，涂布使與陶瓷基板大致同一組成的陶瓷分散的粘結(jié)液，并結(jié)合在陶瓷芯材的周圍，在1500～1600℃的還原氣氛中燒制。
此后，對通孔4、電極焊盤圖案6進(jìn)行噴丸處理，并進(jìn)行因燒制而析出的玻璃層的除去工序，并且將表面粗糙度調(diào)整至0.7～5μm。
接下來，作為先除去玻璃顆粒的替代，而將任意粒徑的玻璃顆粒放入到通孔內(nèi)。
接下來，通過電解鍍設(shè)置鍍層8，并將Ag-Cu釬料、Ag-Sn焊錫等作為金屬材料9，接合引線構(gòu)件，從而得到陶瓷加熱器試料。
接下來，在將電極焊盤圖案部的溫度設(shè)定為金屬材料9的熔點(diǎn)的1/2的溫度(對于Ag-Sn焊錫的情況，約100℃，對于Ag-Cu釬料的情況，約400℃)的恒溫槽中保持10分鐘，在25℃的空氣中進(jìn)行強(qiáng)制空冷的冷熱循環(huán)4000次，測定測試后的引線構(gòu)件的拉伸強(qiáng)度，并將引線構(gòu)件的拉伸強(qiáng)度為20N以上作為判斷條件。
在表1中示出這些結(jié)果。
另外，以下，示出拉伸強(qiáng)度測定方法。
試驗(yàn)方法在拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)中固定加熱器，并在垂直方向用測壓元件以32mm/min的速度拉伸引線，測定切斷時的載荷。
厚度測定方法將試驗(yàn)后的加熱器埋入樹脂，進(jìn)行研磨，并用顯微鏡由截面測定厚度。
表面粗糙度表面粗糙度(Ra)，以非接觸式的三維表面粗糙度劑進(jìn)行測定。
表1

*)本發(fā)明的范圍以外從該表，作為本發(fā)明的比較例的試樣No.1，拉伸強(qiáng)度較弱為6N，引線接合部的耐久性顯著降低。這是因?yàn)?，由于不能在引出圖案和通孔導(dǎo)體層5之間填充金屬材料9，因此不能利用錨固效果。
與此相反，在引出圖案3和通孔導(dǎo)體層5之間填充有金屬材料9的試樣No.2，得到拉伸強(qiáng)度為22N，引線接合部的耐久性為良好的結(jié)果。
此外，對于金屬材料9使用焊錫的試樣No.2，在冷熱損環(huán)中產(chǎn)生焊錫的腐蝕，但金屬材料9使用釬料的試樣No.3，得到引線接合部的耐久性成為良好的結(jié)果。
此外，經(jīng)由導(dǎo)體層5以及引出圖案表面3的金屬鍍層8，而填充金屬材料9的試料No.4，金屬材料9的涂敷性被改善，與試料No.2～3相比，引線接合部的耐久性成為良好的結(jié)果。
另外，在試樣No.5中，與試樣No.2～4相比，耐久性試驗(yàn)后的拉伸強(qiáng)度的值較高，形成通孔底部的凸形狀12，在導(dǎo)出接合部的耐久性方面，是較為優(yōu)選的結(jié)果。
此外，通過將通孔導(dǎo)體層5和電極焊盤圖案6的表面粗糙度為Ra1μm以上的試樣No.6～8，與試樣No.2～5比較，通孔導(dǎo)體層5和電極焊盤圖案6的表面粗糙度為Ral μm以上，從導(dǎo)出接合部的耐久性方面比較優(yōu)選。特別是，表面粗糙度優(yōu)選為Ra5μm。
另外，根據(jù)試料No.10～13和試料No.8、9的比較，判明了設(shè)于通孔內(nèi)側(cè)面的導(dǎo)體層5的厚度，為通孔4的直徑的5％～25％以內(nèi)，從導(dǎo)出接合部的耐久性方面為優(yōu)選。特別是，設(shè)于通孔內(nèi)側(cè)面的通孔導(dǎo)體層5的厚度，優(yōu)選為通孔4的直徑的20％。
此外，根據(jù)試樣No.14～16，與試樣No.12、13的比較，可知以殘留于設(shè)在通孔內(nèi)側(cè)面的通孔導(dǎo)體層表面的Si為主要成分的玻璃顆粒的最大直徑是100μm以下，在導(dǎo)出接合部的耐久性方面較為優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷加熱器，具有發(fā)熱電阻體；引出圖案，其連接于該發(fā)熱電阻體；陶瓷體，其埋設(shè)有所述發(fā)熱電阻體和引出圖案，并形成有到達(dá)該引出圖案的通孔；通孔導(dǎo)體層，其在所述通孔導(dǎo)體層的至少內(nèi)側(cè)面形成；電極焊盤圖案，其與該通孔導(dǎo)體層電連接，并形成于所述陶瓷體的表面；引線構(gòu)件，其與該電極焊盤圖案電連接，其特征在于，所述通孔導(dǎo)體層，在所述通孔的內(nèi)側(cè)面?zhèn)染哂斜皇〉暮穸缺〉膮^(qū)域，在該厚度較薄的區(qū)域中填充有金屬材料，該金屬材料被接合于所述的引線構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述厚度較薄的區(qū)域比所述通孔導(dǎo)體層的最大厚度部分更靠近所述引出圖案側(cè)的位置，并且位于所述最大厚度部分的近旁。
3.一種陶瓷加熱器，具有發(fā)熱電阻體；引出圖案，其連接于該發(fā)熱電阻體；陶瓷體，其埋設(shè)有所述發(fā)熱電阻體和引出圖案，并形成有到達(dá)該引出圖案的通孔；通孔導(dǎo)體層，其在所述通孔導(dǎo)體層的至少內(nèi)側(cè)面形成；電極焊盤圖案，其與該通孔導(dǎo)體層電連接，并形成于所述陶瓷體的表面；引線構(gòu)件，其與該電極焊盤圖案電連接，其特征在于，在所述通孔導(dǎo)體層和所述引出圖案之間填充有金屬材料，該金屬材料接合于所述引線構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述金屬材料被填充于所述通孔內(nèi)，并與所述引線構(gòu)件接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述金屬材料是釬料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于，在所述通孔導(dǎo)體層的表面，以及形成有所述通孔的部分的所述引出電極圖案的表面，形成有金屬鍍層，在所述通孔導(dǎo)體層的表面的所述金屬鍍層，與所述引出圖案的表面的所述金屬鍍層之間，填充有所述金屬材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述引出圖案，形成有所述通孔的部分在該通孔側(cè)以凸?fàn)盥∑稹?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于，將所述電極焊盤圖案和通孔導(dǎo)體層的表面粗糙度Ra設(shè)為1μm以上，在所述電極焊盤圖案上使用釬料而固定所述引線構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述通孔導(dǎo)體層的厚度，是通孔直徑的5％～25％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述通孔導(dǎo)體層的厚度，所述引出圖案側(cè)一方比所述通孔開口側(cè)厚。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述通孔導(dǎo)體層，從所述通孔的開口側(cè)向著所述引出圖案側(cè)厚度逐漸增加。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于，以存在于所述通孔導(dǎo)體層的表面的Si為主要成分的玻璃顆粒的最大直徑是100μm以下。
13.一種加熱用烙鐵，其特征在于，使用權(quán)利要求1～12中的任一項(xiàng)所記載的陶瓷加熱器作為加熱機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種陶瓷加熱器以及使用此的加熱用烙鐵，具有發(fā)熱電阻體(2)；埋設(shè)與該發(fā)熱電阻體(2)連接的引出圖案(3)的陶瓷體(1)；形成于該陶瓷體(1)的通孔(4)；形成于該通孔(4)的至少內(nèi)周的通孔導(dǎo)體層(5)；在陶瓷體(1)表面與通孔導(dǎo)體層(5)連接的電極焊盤圖案(6)；至少在上述電極焊盤圖案(6)上連接引線構(gòu)件(7)，在導(dǎo)體層(5)和引出圖案(3)之間填充金屬材料(9)。從而提高陶瓷加熱器中的引線構(gòu)件的接合部對冷熱循環(huán)的耐久性，并能夠跨度較長時間地使用。
文檔編號B28B11/00GK1870839SQ20061008441
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者竹之內(nèi)浩 申請人:京瓷株式會社